(57)【要約】【課題】自動調整でき、受動制御でき、そして構造が極めて強固である、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法とその装置を提供する。【解決手段】プレート３０と上昇力制御装置４０とを羽根２２に設けることにより、プレート３０の枢着端３１に設けられる枢着軸３１が垂直軸風車２０の回転軸２１に平行するように羽根の前端縁に枢着し、プレート３０の自由端３２が羽根の後端縁へ延び、且つ上昇力制御装置によりプレートに弾性プレストレスト力Ｆｐが加えられ、プレートが圧制されて羽根の表面に当接するステップＡと、垂直軸風車の回転軸により複数の羽根を回転して遠心力を発生してプレートに加えて、プレートが上昇力制御装置に押付けて、弾性プレストレスト力と遠心力が互いに対抗するステップＢと、遠心力Ｆｉが弾性プレストレスト力よりも大きくなるように、垂直軸風車の回転軸の回転数を増加するステップＣと、を含む。【選択図】図６
2013068221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートと上昇力制御装置とを羽根に設けることにより、プレートの枢着端に設けられる枢着軸が垂直軸風車の回転軸に平行するように羽根の前端縁に枢着し、前記プレートの自由端が前記羽根の後端縁へ延び、且つ前記上昇力制御装置により前記プレートに弾性プレストレスト力が加えられて、前記プレートが圧制されて前記羽根の表面に当接するステップＡと、
前記垂直軸風車の回転軸により複数の前記羽根を回転して遠心力を発生して前記プレートに加えて、前記プレートが前記上昇力制御装置に押付けて、前記弾性プレストレスト力と前記遠心力が互いに対抗するステップＢと、
前記遠心力が前記弾性プレストレスト力よりも大きくなるように、前記垂直軸風車の前記回転軸の回転数を増加し、これにより、上昇力制御板が前記羽根の表面から離れるように旋回して前記羽根の表面の上昇力が変化し、前記垂直軸風車の前記羽根の回転慣性が破壊されて、前記垂直軸風車の前記回転軸の回転数が降下するステップＣと、
を含むことを特徴とする、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法。
【請求項２】
前記上昇力制御装置は端部を介して前記羽根の二つの弾性押え片に固定され、これにより、前記プレートを前記羽根の表面に圧制する弾性プレストレスト力が前記プレートに与えられることを特徴とする、請求項１に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法。
【請求項３】
前記上昇力制御装置は、一端がバネを介して前記羽根の内部に固定され、他端が前記プレートと連接し、これにより、前記プレートを前記羽根の表面に圧制する弾性プレストレスト力が前記プレートに与えられることを特徴とする、請求項１に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法。
【請求項４】
垂直軸風車は、回転軸と、前記回転軸に組み付けられる複数の羽根と、を有し、前記各羽根の前端縁には、プレートと、上昇力制御装置と、が設けられる、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置において、
前記各羽根は、前端縁と、後端縁と、を有し、前記前端縁と前記後端縁の間には、前記回転軸に面している裏面と、前記裏面の反対面にある外面と、が設けられ、
前記各プレートは、前記羽根の外面に設けられ、枢着端と、自由端と、を有し、前記枢着端に枢着軸が挿入され、前記枢着端が前記枢着軸を介して前記羽根の前端縁に枢着され、前記自由端が前記羽根の前記後端縁へ延び、
前記各上昇力制御装置は、前記プレートの前記枢着軸の両端にそれぞれ設けられる二つの弾性押え片を有し、前記各弾性押え片は、前記羽根の前記前端縁に固定される固定部と、前記羽根の前記後端縁へ延びる圧制部と、を有し、二つの前記弾性押え片の前記圧制部は、前記プレートの前記自由端を圧制する弾性プレストレスト力を有し、
前記垂直軸風車の回転により遠心力が前記各プレートに与えられ、前記遠心力が前記弾性押え片による前記弾性プレストレスト力よりも大きい場合には、前記プレートは、前記枢着軸が旋回して、前記自由端が前記羽根の表面から離れて、前記羽根の表面の上昇力が変化し、前記垂直軸風車の前記羽根の回転慣性が破壊されて、前記垂直軸風車の前記回転軸の回転数が降下することを特徴とする、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項５】
前記垂直軸風車は、前記各羽根の前記前端縁の前記回転軸に平行する箇所では、収容口が設けられ、前記枢着軸の両端に締結穴がそれぞれ設けられ、
前記プレートは、前記枢着軸が前記収容口に収容され、前記枢着軸の両端が前記収容口の両側に固定され、前記プレートの枢着端は、ブッシュ構造に成形され、前記枢着軸の外部に枢着され、
前記上昇力制御装置は、二つの前記弾性押え片の前記固定部が二つの締結具に挿通され、前記締結具が前記羽根の前記締結穴にねじ込まれることを特徴とする、請求項４に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項６】
垂直軸風車は、回転軸と、前記回転軸に組み付けられる複数の羽根と、を有し、前記各羽根の前端縁には、プレートと、上昇力制御装置と、が設けられる、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置において、
前記各羽根は、前端縁と、後端縁と、を有し、前記前端縁と前記後端縁の間には、裏面と、外面と、が設けられ、前記各羽根の前記外面には、前記各羽根の内部に設けられる収容空間と連通する挿通口が設けられ、
前記各プレートは、枢着端と、自由端と、を有し、前記枢着端に枢着軸が挿入され、前記枢着端が前記枢着軸を介して前記羽根の前端縁に枢着され、前記自由端が前記羽根の前記後端縁へ延び、前記羽根の前記挿通口に対応する結合部が設けられ、
前記各上昇力制御装置は両端を備えるバネを有し、バネは、一端が前記羽根の前記収容空間に収容され、他端が前記羽根の前記挿通口を挿通して前記プレートの前記結合部と連接し、その弾性プレストレスト力により前記プレートが引かれて前記羽根の前記外面に押付け、
前記垂直軸風車の回転により遠心力が前記各プレートに与えられ、前記遠心力が前記弾性押え片による前記弾性プレストレスト力よりも大きい場合には、前記プレートは、前記枢着軸が旋回して、前記自由端が前記羽根の表面から離れて、前記羽根の表面の上昇力が変化し、前記垂直軸風車の前記羽根の回転慣性が破壊されて、前記垂直軸風車の前記回転軸の回転数が降下することを特徴とする、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項７】
前記各羽根には、前記羽根の前記裏面から前記外面に貫通する組付口が成形され、
前記各プレートの結合部には、貫通孔と、前記貫通孔を跨る係止ブロックと、が成形され、
前記各上昇力制御装置は、前記羽根の前記組付口内に固定される槽を有し、前記槽の内部に収容空間が成形され、前記収容空間は、密封カバーに対応する開口を有し、前記収容空間の底部に前記挿通口が設けられ、前記バネは、円錐形を呈する構成を有し、小径端と、大径端と、を有し、台部は、前記大径端に成形され、前記収容空間の内部に収容され、連動軸は、前記台部の中央から前記小径端へ延びて前記バネを挿通し、その端部がフック部に成形され、前記フック部は、前記プレートの前記結合部の前記貫通孔を挿通して、前記係止ブロックに係止され、笠は、流線型の構造を有し、定位軸と前記槽とをカバーする空間を有することを特徴とする、請求項６に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項８】
前記各羽根には、前記羽根の前記裏面から前記外面に貫通する組付口が成形され、
前記各プレートの結合部には、貫通孔と、前記貫通孔を跨る係止ブロックと、が成形され、
前記各上昇力制御装置は、前記羽根の前記組付口内に固定される槽を有し、前記槽の内部に収容空間が成形され、前記収容空間に前記挿通口が設けられ、前記収容空間の底部には、定位軸が挿通している貫通口が設けられ、前記バネは、コイル状を呈する構成を有し、その両端にフック部がそれぞれ成形され、前記フック部のうちの一つが前記定位軸の端部の係止穴に係止されて固定し、前記フック部のうちの残りは、前記槽の挿通口を挿通して、前記プレートの前記結合部の前記貫通孔を挿通して、前記係止ブロックに係止されることを特徴とする、請求項６に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項９】
前記羽根の前記収容空間は、前記羽根の前記前端縁と前記後端縁との延び方向に沿って設けられ、前記各上昇力制御装置は、前記各羽根の前記収容空間は、前記羽根の前記後端縁に隣接する槽の端部に規制枢着部が設けられ、前記規制枢着部の前記羽根の前記裏面に近接する側には、前記羽根の前記後端縁へ延びる枢着具が成形され、レバーユニットは、互いに枢着している二つのレバーを有し、互いに枢着している二つのレバーにより、両端と、前記両端の間に位置する引き枢着点と、が形成され、前記レバーユニットは、一端が前記枢着具の端部に枢着され、他端が前記プレートの前記結合部に枢着され、前記バネは、コイル状を呈する構成を有し、両端を有し、一端が前記規制枢着部に枢着され、他端が前記引き枢着点に枢着されることを特徴とする、請求項６に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項１０】
前記羽根の外面に複数の磁性吸引具が設けられ、前記磁性吸引具による磁性吸引力により、前記プレートが吸着されて前記羽根に押付けることを特徴とする、請求項４又は６に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項１１】
前記垂直軸風車の羽根はダリース風車の羽根であることを特徴とする、請求項４又は６に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項１２】
前記垂直軸風車の羽根は直立形ダリース風車の羽根であることを特徴とする、請求項１１に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【請求項１３】
前記垂直軸風車の羽根は円弧形ダリース風車の羽根であることを特徴とする、請求項１１に記載の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、風力発電が重要視されている代替エネルギーであるため、風力発電機器の技術が多く提案された。現在の風力発電機器は、稼動効率が良いが、実際の稼動時に、回転軸の回転数が速すぎる問題があり、これにより、風力発電機器が損壊しやすく、更に、解体される可能性もある。
【０００３】
上記の問題を解決するために、あるメーカは風力発電機器に制動装置を別に設ける。しかし、制動装置の構成は、何時も制動状態を保持するため、制動部品を頻繁に交換することが必要であり、そうしないと、回転数が速すぎて風力発電機器を損壊する可能性がある。上記の問題を解決するために、特許文献１の「垂直軸風車用オーバースピードスポイラー（ｏｖｅｒｓｐｅｅｄ  ｓｐｏｉｌｅｒｓ  ｆｏｒ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｘｉｓ  ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅ）」が提案された。このような垂直軸風車は、図１ａ及び図１ｂに示すように、複数の羽根１０を有し、各羽根１０のその縦軸に平行する二つの側縁は、一つがより鋭くない前端縁１０１であり、もう一つがより鋭い後端縁１０２である。羽根１０の前端縁１０１から後端縁１０２へ延びる方向をＸ方向とする。スポイラー１１は垂直軸風車の複数の羽根１０の後端縁１０２に枢着される。スポイラー１１は、羽根１０の後端縁１０２に枢着される枢着部１１１を含み、枢着部１１１から、開角を成す、遠心片１１２と、止め片１１３と、が延びる。
【０００４】
図１ａにおける止め片１１３の末端に設けられる錘１１４、又は図１ｂにおける遠心片１１２を羽根１０の前端縁１０１に応じて円弧形にすることにより、風車の回転軸が平常状態で回転しているときには、スポイラー１１の遠心片１１２が羽根１０の表面に当接し、止め片１１３がＸ方向に沿って延びる。なお、風車の回転軸がオーバースピードしているときには、遠心力によりスポイラー１１が旋回して、遠心片１１２が羽根１０の表面からずれる。そして止め片１１３がＸ方向にほぼ垂直するため、回転軸の回転抵抗が増加して、回転軸の回転数を降下できる。
【０００５】
しかしながら、従来のものは、オーバースピードの状態で、羽根１０は、回転軸の回転に従って、その遠心力が持続に変化するため、止め片１１３により減速しているときに、スポイラー１１と遠心片１１２の相対位置が持続に変化する。このように、スポイラー１１が疲労破壊しやすく、そして回転軸の回転数を減少する効果が良くない。一方、スポイラー１１が回転軸の回転数及び遠心力に対抗しているときには、最大モーメントがスポイラー１１と羽根１０の枢着箇所に加えるが、枢着箇所が羽根１０の端縁に位置するため、材料が疲労しやすく、そして止め片１１３と遠心片１１２の旋回角度がほぼ９０度程度であるため、枢着箇所での摩擦範囲が大きすぎる。これにより、従来のものの構造強度が不足であり、垂直軸風車の回転数を有効に減少することができない
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，０８２，４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、風車の回転軸に垂直する羽根の端縁にプレートと上昇力制御装置とを設けて、羽根の回転による遠心力と上昇力制御装置による弾性プレストレスト力の互いの対抗により、自動調整でき、受動制御でき、そして構造が極めて強固である、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法とその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法によると、プレートと上昇力制御装置とを羽根に設けることにより、プレートの枢着端に設けられる枢着軸が垂直軸風車の回転軸に平行するように羽根の前端縁に枢着し、プレートの自由端が羽根の後端縁へ延び、且つ上昇力制御装置によりプレートに弾性プレストレスト力が加えられて、プレートが圧制されて羽根の表面に当接するステップＡと、垂直軸風車の回転軸により複数の羽根を回転して遠心力を発生してプレートに加えて、プレートが上昇力制御装置に押付けて、弾性プレストレスト力と遠心力が互いに対抗するステップＢと、遠心力が弾性プレストレスト力よりも大きくなるように、垂直軸風車の回転軸の回転数を増加し、これにより、上昇力制御板が羽根の表面から離れるように旋回して羽根の表面の上昇力が変化し、垂直軸風車の羽根の回転慣性が破壊されて、垂直軸風車の回転軸の回転数が降下するステップＣと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法によると、上昇力制御装置は端部を介して羽根の二つの弾性押え片に固定され、これにより、プレートを羽根の表面に圧制する弾性プレストレスト力がプレートに与えられることを特徴とする。
【００１０】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法によると、上昇力制御装置は、一端がバネを介して羽根の内部に固定され、他端がプレートと連接し、これにより、プレートを羽根の表面に圧制する弾性プレストレスト力がプレートに与えられることを特徴とする。
【００１１】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、垂直軸風車は、回転軸と、回転軸に組み付けられる複数の羽根と、を有し、各羽根の前端縁には、プレートと、上昇力制御装置と、が設けられる、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置において、各羽根は、前端縁と、後端縁と、を有し、前端縁と後端縁の間には、回転軸に面している裏面と、裏面の反対面にある外面と、が設けられ、各プレートは、羽根の外面に設けられ、枢着端と、自由端と、を有し、枢着端に枢着軸が挿入され、枢着端が枢着軸を介して羽根の前端縁に枢着され、自由端が羽根の後端縁へ延び、各上昇力制御装置は、プレートの枢着軸の両端にそれぞれ設けられる二つの弾性押え片を有し、各弾性押え片は、羽根の前端縁に固定される固定部と、羽根の後端縁へ延びる圧制部と、を有し、二つの弾性押え片の圧制部は、プレートの自由端を圧制する弾性プレストレスト力を有し、垂直軸風車の回転により遠心力が各プレートに与えられ、遠心力が弾性押え片による弾性プレストレスト力よりも大きい場合には、プレートは、枢着軸が旋回して、自由端が羽根の表面から離れて、羽根の表面の上昇力が変化し、垂直軸風車の羽根の回転慣性が破壊されて、垂直軸風車の回転軸の回転数が降下することを特徴とする。
【００１２】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、垂直軸風車は、各羽根の前端縁の回転軸に平行する箇所では、収容口が設けられ、枢着軸の両端に締結穴がそれぞれ設けられ、プレートは、枢着軸が収容口に収容され、枢着軸の両端が収容口の両側に固定され、プレートの枢着端は、ブッシュ構造に成形され、枢着軸の外部に枢着され、上昇力制御装置は、二つの弾性押え片の固定部が二つの締結具に挿通され、締結具が羽根の締結穴にねじ込まれることを特徴とする。
【００１３】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、垂直軸風車は、回転軸と、回転軸に組み付けられる複数の羽根と、を有し、各羽根の前端縁には、プレートと、上昇力制御装置と、が設けられる、垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置において、各羽根は、前端縁と、後端縁と、を有し、前端縁と後端縁の間には、裏面と、外面と、が設けられ、各羽根の外面には、各羽根の内部に設けられる収容空間と連通する挿通口が設けられ、各プレートは、枢着端と、自由端と、を有し、枢着端に枢着軸が挿入され、枢着端が枢着軸を介して羽根の前端縁に枢着され、自由端が羽根の後端縁へ延び、羽根の挿通口に対応する結合部が設けられ、各上昇力制御装置は両端を備えるバネを有し、バネは、一端が羽根の収容空間に収容され、他端が羽根の挿通口を挿通してプレートの結合部と連接し、その弾性プレストレスト力によりプレートが引かれて羽根の外面に押付け、垂直軸風車の回転により遠心力が各プレートに与えられ、遠心力が弾性押え片による弾性プレストレスト力よりも大きい場合には、プレートは、枢着軸が旋回して、自由端が羽根の表面から離れて、羽根の表面の上昇力が変化し、垂直軸風車の羽根の回転慣性が破壊されて、垂直軸風車の回転軸の回転数が降下することを特徴とする。
【００１４】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、各羽根には、羽根の裏面から外面に貫通する組付口が成形され、各プレートの結合部には、貫通孔と、貫通孔を跨る係止ブロックと、が成形され、各上昇力制御装置は、羽根の組付口内に固定される槽を有し、槽の内部に収容空間が成形され、収容空間は、密封カバーに対応する開口を有し、収容空間の底部に挿通口が設けられ、バネは、円錐形を呈する構成を有し、小径端と、大径端と、を有し、台部は、大径端に成形され、収容空間の内部に収容され、連動軸は、台部の中央から小径端へ延びてバネを挿通し、その端部がフック部に成形され、フック部は、プレートの結合部の貫通孔を挿通して、係止ブロックに係止され、笠は、流線型の構造を有し、定位軸と槽とをカバーする空間を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、各羽根には、羽根の裏面から外面に貫通する組付口が成形され、各プレートの結合部には、貫通孔と、貫通孔を跨る係止ブロックと、が成形され、各上昇力制御装置は、羽根の組付口内に固定される槽を有し、槽の内部に収容空間が成形され、収容空間に挿通口が設けられ、収容空間の底部には、定位軸が挿通している貫通口が設けられ、バネは、コイル状を呈する構成を有し、その両端にフック部がそれぞれ成形され、フック部のうちの一つが定位軸の端部の係止穴に係止されて固定し、フック部のうちの残りは、槽の挿通口を挿通して、プレートの結合部の貫通孔を挿通して、係止ブロックに係止されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、羽根の収容空間は、羽根の前端縁と後端縁との延び方向に沿って設けられ、各上昇力制御装置は、各羽根の収容空間は、羽根の後端縁に隣接する槽の端部に規制枢着部が設けられ、規制枢着部の羽根の裏面に近接する側には、羽根の後端縁へ延びる枢着具が成形され、レバーユニットは、互いに枢着している二つのレバーを有し、互いに枢着している二つのレバーにより、両端と、両端の間に位置する引き枢着点と、が形成され、レバーユニットは、一端が枢着具の端部に枢着され、他端がプレートの結合部に枢着され、バネは、コイル状を呈する構成を有し、両端を有し、一端が規制枢着部に枢着され、他端が引き枢着点に枢着されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、羽根の外面に複数の磁性吸引具が設けられ、磁性吸引具による磁性吸引力により、プレートが吸着されて羽根に押付けることを特徴とする。
【００１８】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、垂直軸風車の羽根はダリース風車の羽根であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、垂直軸風車の羽根は直立形ダリース風車の羽根であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置によると、垂直軸風車の羽根は円弧形ダリース風車の羽根であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法とその装置によれば、風車の回転軸に垂直する羽根の端縁にプレートと上昇力制御装置とを設けて、羽根の回転による遠心力と上昇力制御装置による弾性プレストレスト力の互いの対抗により、自動調整でき、受動制御でき、そして構造が極めて強固であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】従来の上昇力制御装置が垂直軸風車の羽根の後端に設けられた構成を示す断面図である。
【図１ｂ】従来の上昇力制御装置が垂直軸風車の羽根の前端に設けられた構成を示す断面図である。
【図２】本発明の上昇力制御装置が円弧状の風車の羽根に設けられた構成を示す断面図である。
【図３】図２における上昇力制御装置の構造を示す拡大図である。
【図４】図３における４−４線の断面図である。
【図５】図３における５−５線の断面図である。
【図６】本発明の上昇力制御装置が羽根の回転による遠心力により、上昇して羽根の表面から離れる構成を示す断面図である。
【図７】本発明の上昇力制御装置が直立形の風車の羽根に設けられた構成を示す模式図である。
【図８ａ】本発明の上昇力制御板が羽根の表面に当接している状態での翼の形状を示す断面図である。
【図８ｂ】本発明の上昇力制御板が羽根の表面から約５度に離れている状態での翼の形状を示す断面図である。
【図８ｃ】本発明の上昇力制御板が羽根の表面から約１０度に離れている状態での翼の形状を示す断面図である。
【図８ｄ】本発明の上昇力制御板が羽根の表面から約１５度に離れている状態での翼の形状を示す断面図である。
【図９ａ】本発明の羽根の上昇力係数（Ｃｌ）と攻め角（α）の関係図である。
【図９ｂ】本発明の羽根の抵抗係数（Ｃｄ）と攻め角（α）の関係図である。
【図９ｃ】本発明の羽根のねじりモーメントと方位角の関係図である。
【図１０】本発明の上昇力制御装置の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】図１０における上昇力制御装置の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の上昇力制御装置の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】図１２における上昇力制御装置を別の視点から見た斜視図である。
【図１４】図１２における上昇力制御装置の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の上昇力制御装置の第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１６】図１５における上昇力制御装置の作動を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図２乃至図５を参照する。本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する装置は、垂直軸風車２０は、回転軸２１と、回転軸２１に組み付けられる複数の羽根２２と、を有し、各羽根２２の前端縁２２１には、プレート３０と、上昇力制御装置４０と、が設けられる。
【００２５】
各羽根２２のその縦軸に平行する二つの側縁は、一つがより鋭くない前端縁２２１であり、もう一つがより鋭い後端縁２２２である。前端縁２２１と後端縁２２２の間には、回転軸２１に面している裏面２２５と、裏面２２５の反対面にある外面２２６と、が設けられる。
【００２６】
各プレート３０は、羽根２２の外面２２６に設けられ、枢着端３１と、自由端３２と、を有する。枢着端３１に枢着軸３３が挿入され、枢着端３１が枢着軸３３を介して羽根２２の前端縁２２１に枢着され、自由端３２２が羽根２２の後端縁２２２へ延びる。本実施形態では、各羽根２２の前端縁２２１の回転軸２１に平行する箇所では、収容口２２３が設けられ、枢着軸３３は、収容口２２３に収容され、回転軸２１に平行するように羽根２２に固定され、そしてプレート３０の枢着端３１は、ブッシュ構造に成形され、枢着軸３３の外部に枢着される。
【００２７】
各上昇力制御装置４０は、枢着軸３３の両端にそれぞれ設けられる二つの弾性押え片４１を有する。各弾性押え片４１は、片状バネであり、羽根２２の前端縁２２１に固定される固定部４１１と、羽根２２の後端縁２２２へ延びる圧制部４１２と、を有する。二つの弾性押え片４１の圧制部４１２は、プレート３０の自由端３２を圧制する弾性プレストレスト力Ｆｐを有する。
【００２８】
本実施形態では、枢着軸３３の両端に締結穴２２４がそれぞれ設けられ、締結具４１３は、弾性押え片４１の固定部４１１を挿通して、締結穴２２４にねじ込んで固定される。
【００２９】
図２及び図７に示すように、本発明の垂直軸風車２０の羽根２２はダリース（Ｄａｒｒｉｅｕｓ）風車羽根であり、羽根２２は、図２に示す円弧形ダリース風車羽根、又は図７に示す直立形ダリース風車羽根である。プレート３０は、枢着軸３３が垂直軸風車２０の回転軸２１に平行するように、ダリース風車羽根の前端縁２２１に設けられる。
【００３０】
本発明は、垂直軸風車２０と、回転軸２１と、回転軸２１に組付けられる複数の羽根２２と、を含む。各羽根２２は、前端縁２２１と、後端縁２２２と、を有する。
【００３１】
本発明の垂直軸風車が羽根の遠心力によって羽根の回転数を制御する方法は、ステップＡと、ステップＢと、ステップＣと、を含む。
【００３２】
ステップＡは、プレート３０と上昇力制御装置４０とを羽根２２に設けることにより、プレート３０の枢着端３１に設けられる枢着軸３３が垂直軸風車２０の回転軸２１に平行するように羽根２２の前端縁２２１に枢着し、プレート３０の自由端３２が羽根２２の後端縁２２２へ延び、且つ上昇力制御装置４０によりプレート３０に弾性プレストレスト力Ｆｐが加えられて、プレート３０が圧制されて羽根２２の表面に当接する。
【００３３】
ステップＢは、垂直軸風車２０の回転軸２１により、複数の羽根２２を回転してプレート３０に加える遠心力Ｆｉが発生して、プレート３０が上昇力制御装置４０に押付けて、弾性プレストレスト力Ｆｐと遠心力Ｆｉが互いに対抗する。
【００３４】
ステップＣは、遠心力Ｆｉが弾性プレストレスト力Ｆｐよりも大きくなるように、垂直軸風車２０の回転軸２１の回転数を増加し、これにより、上昇力制御板３２が羽根２２の表面から離れるように旋回して羽根２２の表面の上昇力が変化し、垂直軸風車２０の羽根２２の回転慣性が破壊されて、垂直軸風車２０の回転軸２１の回転数が降下する。
【００３５】
図５に示すように、回転軸２１により複数の羽根２２を旋回しているときに遠心力Ｆｉが発生し、遠心力Ｆｉがプレート３０に加えて、プレート３０が羽根２２の表面から離れるように旋回する。回転の初期に遠心力Ｆｉが弾性プレストレスト力Ｆｐよりも小さい。回転軸２１の回転数が増加することに従って、遠心力Ｆｉが弾性プレストレスト力Ｆｐよりも大きい場合には、図６に示すように、枢着軸３３によりプレート３０が旋回して自由端３２が羽根２２の表面から離れて、羽根２２の翼形の断面形状が変化する。このように、羽根２２の表面の上昇力と垂直軸風車２０の羽根２２の回転慣性とは変化し、これにより、垂直軸風車２０の回転軸２１の回転数を降下することができる。
【００３６】
図８ａ乃至図８ｄを参照する。上記の羽根の回転数を制御する方法は、各羽根２２の前端縁２２１の回転軸２１に平行する箇所でプレート３０と上昇力制御装置４０とを設けることにより、垂直軸風車２０は、平常時に、図８ａに示す翼形の断面形状（ＮＡＣＡ００１５羽根を例にする）を有し、オーバースピードしているときには、プレート３０に加える遠心力Ｆｉが増加して、遠心力Ｆｉが上昇力制御装置４０の弾性プレストレスト力Ｆｐを超えて、プレート３０が弾性押え片４１による弾力を抵抗して羽根２２の表面から離れるように旋回する。プレート３０と羽根２２の開角が５度、１０度及び１５度である状態では、翼形の断面形状がそれぞれ図８ｂ、図８ｃ及び図８ｄに示すようになる。
【００３７】
このとき、羽根２２の表面の上昇力と抵抗とは、その表面の形状によって変化する。図９ａ及び図９ｂに示すように、羽根２２の上昇力係数（Ｃｌ）、抵抗係数（Ｃｄ）及び攻め角（α）は、羽根２２の翼形の断面形状の変化に従って変化する（マイナス上昇力が増加するが、抵抗がやや減少する）。図９ｃに示すように、各羽根２２の上昇力と抵抗の回転時の接線方向での合せ力により、マイナス上昇モーメントが発生して、前記マイナス上昇モーメントにより、初期時に羽根２２の翼形断面形状によるプラス上昇モーメントを克服でき、このように、制動効果を達成できる。図８ｄに示すように、プレート３０と羽根２２の開角は約１５度である場合には、マイナス上昇モーメントの曲線が図９ｃにおける最も下方にある曲線であり、最大マイナス上昇モーメントが−３５０ニュートン・メートル程度であり、全体の曲線及び一般状態での曲線が−２００ニュートン・メートル程度のモーメントである。これにより、プレート３０と羽根２２の開角がある固定値である場合には、垂直軸風車２０の回転軸２１がそれに対応する回転数に減速して、垂直軸風車２０を一定の回転数で回転でき、風車のオーバースピードによる損壊を回避できる。図９ｂに示すのは、プレート３０と羽根２２の開角の大きさとエア抵抗の関係が小さいことを説明する。すなわち、本発明によれば、上昇モーメントを変化することにより垂直軸風車２０の回転数を制御でき、過度に制動しなくても減速の目的を達成できる。
【００３８】
特に、本発明の上昇力制御装置はバネ構造であり、上昇力制御装置５０/６０は、バネ５２/６３の一端を羽根２２の内部に固定し、バネ５２/６３の他端をプレート３０に係止することにより、プレート３０を圧制して羽根２２の表面に当接する弾性プレストレスト力Ｆｐを提供できる。以下、図１０乃至図１４を参照しながら本発明の上昇力制御装置５０/６０の実施の態様を説明する。
【００３９】
図１１及び図１４に示すように、各羽根２２には、羽根２２の裏面２２５から外面２２６に貫通する組付口２２７が成形され、各プレート３０には、羽根２２の組付口２２７に対応する結合部３４が設けられ、結合部３４には、貫通孔３４１と、貫通孔３４１を跨る係止ブロック３４２と、が成形される。各上昇力制御装置５０/６０は、締結手段により羽根２２の組付口２２７内に固定される槽５１/６１を有する。槽５１/６１の内部に収容空間５１１/６１１が成形される。槽５１/６１には、収容空間５１１/６１１と連通する挿通口５１３/６１２が設けられる。各上昇力制御装置５０/６０はバネ５２/６３を有する。バネ５２/６３は、一端が収容空間５１１/６１１に固定され、他端が挿通口５１３/６１２を挿通してプレート３０の結合部３４に固定される。バネ５２/６３による弾性プレストレスト力Ｆｐにより、プレート３０は引かれて羽根２２の外面２２６に押付ける。このため、垂直軸風車２２の回転による遠心力Ｆｉがバネ５２/６３による弾性プレストレスト力Ｆｐよりも大きい場合には、プレート３０が羽根２２から離れるように旋回して、羽根２２の表面の上昇力が変化し、垂直軸風車２０の羽根２２の回転慣性が破壊されて、垂直軸風車２０の回転軸２１の回転数を降下するという目的を達成できる。
【００４０】
上昇力制御装置５０は、図１０及び図１１に示すように、槽５１の収容空間５１１は、密封カバー５１４に対応する開口５１２を有し、収容空間５１１の底部に挿通口５１３が設けられる。バネ５２は、円錐形を呈する構成を有し、小径端５２ａと、大径端５２ｂと、を有する。台部５２１は、大径端５２ｂに成形され、収容空間５１１の内部に収容される。連動軸５２２は、台部５２１の中央から小径端５２ａへ延びてバネ５２を挿通し、その端部がフック部５２３に成形される。フック部５２３は、プレート３０の結合部３４の貫通孔３４１を挿通して、係止ブロック３４２に係止される。また、図１０に示すように、羽根２２の外面２２６に複数の磁性吸引具７０が設けられる。磁性吸引具７０による磁性吸引力により、プレート３０が吸着されて羽根２２に押付ける。
【００４１】
また、上昇力制御装置６０は、図１２乃至図１４に示すように、槽６１の収容空間６１１の底部には、定位軸６２が挿通している貫通口６１３が設けられる。バネ６３は、コイル状を呈する構成を有し、その両端にフック部６３１がそれぞれ成形される。フック部６３１のうちの一つが定位軸６２の端部の係止穴６２１に係止されて固定し、フック部６３１のうちの残りは、槽６１の挿通口６１２を挿通して、プレート３０の結合部３４の貫通孔３４１を挿通して、係止ブロック３４２に係止される。笠６４は、流線型の構造を有し、定位軸６２と槽６１の貫通口６１３とをカバーする空間６４１を有する。笠６４は、締結手段により羽根２２の外部に固定され、その流線型の外形により、槽６１と定位軸６２との羽根２２の表面から突出することによる抵抗を減少できる。
【００４２】
また、本発明の上昇力制御装置８０は、図１５に示すように、羽根２２の外面２２６には、羽根２２の内部に設けられる収容空間２２９と連通する挿通口２２８が設けられる。収容空間２２９は、前端縁２２１と後端縁２２２との延び方向に沿って設けられる。羽根２２の収容空間２２９は、羽根２２の後端縁２２２に隣接する槽の端部に規制枢着部８１が設けられる。規制枢着部８１の羽根２２の裏面２２５に近接する側には、羽根２２の後端縁２２２へ延びる枢着具８２が成形される。レバーユニット８３は、互いに枢着している二つのレバー８３１を有し、互いに枢着している二つのレバー８３１により、両端と、前記両端の間に位置する引き枢着点８３２と、が形成される。レバーユニット８３は、一端が枢着具８２の端部に枢着され、他端がプレート３０の結合部３４に枢着される。バネ８４は、コイル状を呈する構成を有し、両端を有し、一端が規制枢着部８１に枢着され、他端が引き枢着点８３２に枢着される。図１６に示すように、収容空間２２９の開設方向に沿う方向にバネ８４の伸縮可能距離を増加することにより、プレート３０の羽根２２の外面２２６から離れるように旋回できる角度を増加でき、より大きい抵抗を発生でき、これにより、垂直軸風車２０の回転数を制御できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、風車に適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０：羽根
１１：スポイラー
２０：垂直軸風車
２１：回転軸
２２：羽根
３０：プレート
３１：枢着端
３２：自由端
３３：枢着軸
３４：結合部
４０：上昇力制御装置
４１：弾性押え片
５０：上昇力制御装置
５１：槽
５２：バネ
５２ａ：小径端
５２ｂ：大径端
６０：上昇力制御装置
６１：槽
６２：定位軸
６３：バネ
６４：笠
７０：磁性吸引具
８０：上昇力制御装置
８１：規制枢着部
８２：枢着具
８３：レバーユニット
８４：バネ
１０１：前端縁
１０２：後端縁
１１１：枢着部
１１２：遠心片
１１３：止め片
１１４：錘
２２１：前端縁
２２２：後端縁
２２３：収容口
２２４：締結穴
２２５：裏面
２２６：外面
２２７：組付口
３４１：貫通孔
３４２：係止ブロック
４１１：固定部
４１２：圧制部
４１３：締結具
５１１：収容空間
５１３：挿通口
５１２：開口
５１４：密封カバー
５２１：台部
５２２：連動軸
５２３：フック部
６１１：収容空間
６１２：挿通口
６１３：貫通口
６２１：係止穴
６３１：フック部
６４１：空間
８３１：レバー
８３２：引き枢着点
Ｆｉ：遠心力
Ｆｐ：弾性プレストレスト力
【図１ａ】
2013068221.tif 000003
【図１ｂ】
2013068221.tif 000004
【図２】
2013068221.tif 000005
【図３】
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【図４】
2013068221.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
2013068221.tif 000012
【図８ｃ】
2013068221.tif 000013
【図８ｄ】
2013068221.tif 000014
【図９ａ】
2013068221.tif 000015
【図９ｂ】
2013068221.tif 000016
【図９ｃ】
2013068221.tif 000017
【図１０】
2013068221.tif 000018
【図１１】
2013068221.tif 000019
【図１２】
2013068221.tif 000020
【図１３】
2013068221.tif 000021
【図１４】
2013068221.tif 000022
【図１５】
2013068221.tif 000023
【図１６】
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